冻土层在桥梁施工中的应用

　　哈大高速公路高架桥是该路段最长的一座特大型桥梁，全长791.82m，桥梁上部结构为空心板梁，下部为钻孔桩，双柱式墩台。全桥为57孔，其中4孔11.5m，13孔14m斜梁，40孔14m正梁。工程质量评为优质工程。
　　高架桥之所以高速优质地建成通车，在施工中积极地创新，广泛采纳合理化建议是一个重要因素。空心板梁的模板支撑基础直接设置在冻土层上的施工方案，就是一个大胆的尝试。实践证明这一尝试是成功的，而且在工期、质量和经济效益方面都取得了明显的效果。以下就该方案的设计和施工情况作一介绍。
　　
　　一、方案选择
　　
　　高架桥空心板梁原设计为预制厂预制，现场安装，经实际测算和技术对比，如果在预制厂生产需建养护窑，大型龙门吊等大型设施。而且长距离运输及修筑现场道路，需增加费用100多万元。经过技术论证及经济对比以及设计部门同意及工程指挥部批准，决定将原设计的预制钢筋混凝土板梁改为现场整体浇注。这一方案实施，不仅缩短了工期，保证了工程质量，而且也不降低了工程造价。
　　
　　二、方案设计及实施
　　
　　冻土层施工方案的特点是利用冻土冻胀和融沉的规律，将支撑基础设置在冻土层上。严格控制支模、绑筋、浇灌砼等每道工序的作业时间，在基底冻土融沉之前，使空心板梁砼达到拆除模板所要求的强度，这一方案的关键是严格控制混凝土的养生及基底冻土的融沉时间。
　　大庆与安达地区位于高寒地带，气候寒冷，冻结期长，最大冻结深度在2m左右，每年十月土壤开始冻结，三月中下旬逐渐融化，土壤的冻胀和融沉变形较大，冻胀量最大约40cm，常给建筑物（构造物）造成危害。根据大庆－安达气象台的资料统计，四月份冻土的特点是“下冻上化”，下部冻土接近最大冻结深度，同时上部冻土开始融化，五月中旬冻土融化深度1m左右。在设计和实施模板的支撑基础时，冻土的这些变化规律是主要的考虑因素。如上所述，支撑基础的埋置深度主要取决于空心板梁的强度增长和基底冻土的融化时间。如果基础埋置太浅，当基底冻土开始融化时上部混凝土还没有达到要求的强度，这时模板支撑出现下沉和变形，空心板梁也会随之发生弯曲和裂缝，造成质量事故。如果基础埋置太深，则不够经济。
　　按照总工期要求，考虑融化时间及路段的地质情况等因素，将57跨按两种不同的基础处理，在4月15日～5月30日按冻土基础处理21轴—38轴计16跨，考虑冻土深度及融化时间等因素，将16孔梁分为流水作业段，严格控制施工时间。施工程序为：基础处理→模板工程→钢筋工程→砼浇注工程→芯模安装充气养护→拆模。
　　在施工中除了需要考虑融沉对基础的影响之处，还要防止冻切力对基础的破坏作用，支撑基础是临时性的，为了降低成本，便于回收二次利用，基础构造设计为干砌红砖条形基础，顶部设置250×250mm木方，以便固定支撑及分散荷载。其余41跨的工期是在夏季，施工时地面要先整平并用推土机压实，然后开挖宽40cm、深50cm的基槽，夯填土毛石并整平。
　　此基础方案确定后，首先利用10月20日～11月20日这段时间将该16孔处的条形槽挖出，将红砖层层码平用土覆盖好，支撑时清除表土，将红砖两侧用暖土填实，缝隙必须回填密实，以求保温。实践证明这种方法既保证了工程质量，又可大大降低工程造价。高架桥16跨用30万块红砖做支撑基础，回收率在90％以上。
　　
　　三、主要效果
　　
　　我国冻土分布很广，其中季节性冻土所占比例很大，尤其黑龙江省位于高寒地带，季节性冻土冻结较深，土壤反复冻胀、融沉，对各种建筑工程产生不同程度影响，随着我国交通的发展，高寒地区各种形式的跨线桥、立交桥建设相继兴起，如果掌握了冻土的规律，充分利用冻土的特点，就可以使冻土为工程服务。高架桥支撑基础设在冻土层上的方案，就是利用冻土特点为工程服务的初步尝试，并且取得了以下实际效果。
　　
　　（一）保证工程质量
　　钢筋混凝土空心板梁是高架桥上部主体结构，跨度14m，其中正梁39跨，斜梁14跨，梯形板梁4跨。结构复杂，施工量大，工程技术要求严。特别是模板支撑在施工过程中的变形更要严格控制。由于采用前述的施工方案，砼浇注的过程中地面气温基本处于正温，适宜混凝土的正常养护，基底冻土没有融化也无冻胀，保证了支撑基础的坚固性和稳定性。空心板梁模板拆除后，经实测，质量指标均达到了设计要求。
　　
　　（二）提前了工期
　　高架桥的施工，主梁浇注工期提前近二个月。由于选择了特殊支撑方案，10月20日开始挖基槽，干砌红砖条形基础，11月末全部基础回填完，春节后进行紧张的模板安装及钢筋绑扎工作，四月份气温转暖后，即开始现场浇注空心板梁。
　　
　　（三）降低了工程成本
　　从空心板梁支撑基础的结构来看，基础材料除红砖之外就是冻土，而且模板拆除后红砖可以回收使用，材料消耗较少，人工费较低，所以冻土基础的施工方案不仅合理，而且非常经济，仅此一项降低了工程造价50余万元。
　　总之，在哈大高速公路高架桥施工中，合理利用冻土的特点和变化规律，已初步取得了一些成功的经验。由于我们的水平有限，现仅将此种特殊条件工艺作介绍，供大家参考，并期待完善。
　　
　　（作者单位：大庆市城市建设投资开发有限公司）